庫盤大面積土工膜防滲體的滲漏估算
進年來，已有許多水庫大壩采用了土工膜進行防滲，尤其是庫區(qū)坡度較緩的平原水庫或丘陵，甚至采用了全庫盤或部分庫盤土工膜防滲，對于大面積或全庫盤使用土工膜防滲的水庫，大量學者都對其進行了研究，從鋪蓋和透水地基界面的接觸沖刷概念出發(fā)，研究復合土工膜用作斜墻鋪蓋防滲，導出了極限鋪蓋長度和滲流的計算公式，通過實驗確定土工膜的滲透特性，計算了土工膜防滲層的滲流量，分析了各相關因素對滲流量的影響，同時利用達西定律、水流連續(xù)條件和Besel函數(shù)推導了土工膜復合防滲層的滲漏量的計算公式，得出了土工膜復合防滲層滲流量的解釋。對于大面積土工膜防滲體滲透特性的分析，無法采用傳統(tǒng)的分析地層滲透性的方法，而傳統(tǒng)的實驗方法也無法模擬大面積土工膜防滲體的滲透特性，國內(nèi)外在這一方面的研究均很少，土工膜有的防滲性能，滲透系數(shù)很小，是較好的防滲材料；但土工膜是柔性的，在施工及運行中容易產(chǎn)生破損和孔洞，這些破損孔洞會成為庫區(qū)滲漏的主要通道，因此分析庫盤土工膜防滲體的滲透特性時，考慮施工及運行中所造成的破損孔洞對其滲透性的影響顯得尤為重要，從水量平衡角度，采用達西定律對庫盤大面積土工膜防滲體的滲透特性進行研究，分析庫盤大面積土工膜防滲體產(chǎn)生的破損孔洞對土工膜滲透特性的影響，計算大面積土工膜防滲體的滲透量和滲透系數(shù)，從整體上得出大面積土工膜防滲體滲透特性的分析方法。

1 土工膜防滲體的滲透分析
水庫庫盤土工膜防滲結(jié)構(gòu)通常由5個部分構(gòu)成：防護層、上墊層、土工膜、下墊層和支持層，其中土工膜是防滲結(jié)構(gòu)的主體，因此，土工膜的完整性關系到整個庫盤的防滲效果，土工膜屬于非空隙介質(zhì)，目前對土工膜的水力梯度作用下的滲透機理尚未完全認識清楚，為了便于空隙介質(zhì)比較，仍采用達西定律來描述在水力梯度作用下液體通過土工膜的滲透規(guī)律，并從水量平衡分析的角度研究土工膜防滲體的滲透特性。

2 實例分析
2.1 工程概況
新疆勝利水庫是一座壩體、壩基及全庫盤土工膜防滲的注入式丘陵水庫，大壩高18.1m,主壩長1875m,壩頂寬度為5m，庫區(qū)大水深為21m,庫容為2.0×107m, ,工程位于新疆和田策勒縣恰哈鄉(xiāng)境內(nèi),地處策勒河與恰哈河中游之間的丘陵區(qū),該地屬于溫帶干旱性荒漠氣候,日照時間長,干旱少雨,年均降水量只有35mm，年蒸發(fā)量在2400mm以上。

由于庫盤中部低凹部分覆有約2m的沖洪積粉質(zhì)壤土，滲透系數(shù)為2.17×10-5cm/s;其余復均由含礫粗砂和砂礫石構(gòu)成，滲透系數(shù)為5.41×10-3~1.16×10-2cm/s.下部為半膠結(jié)的砂礫石層，但膠結(jié)性差且不連續(xù)庫區(qū)滲漏是該水庫的主要地質(zhì)問題，但自采用壩體、壩基及全庫盤土工膜防滲以來，庫區(qū)滲漏問題得到了基本解決。

2.2 土工膜滲透特性的分析
勝利水庫庫盤采用0.5mm的聚乙烯光面土工膜及200g/0.5mm/200g規(guī)格的的復合土工膜進行全庫盤防滲，庫盤防滲膜鋪設面積達3.853×106 ㎡，復合土工膜鋪設面積為2.64×105㎡，勝利水庫全庫盤土工膜鋪設面積居國內(nèi)外同類型工程，經(jīng)詳細調(diào)查，勝利水庫自次蓄水以來土工膜的運行情況為：聚乙烯光面土工膜出現(xiàn)孔洞1 155出，復合土工膜出現(xiàn)孔洞84處，這些孔洞的出現(xiàn)，一部分是在施工中產(chǎn)生的，未及時發(fā)現(xiàn)修補，從而形成了滲漏的通道；還有一部分是因為上墊層中存在棱角尖銳的土體，在水壓作用下，刺穿土工膜形成孔洞，從而形成了滲漏通道，為比較庫盤土工膜防滲體滲透特性影響的基礎上，計算不同時期庫盤土工膜防滲體的滲透量何滲透系數(shù)，進而從整體上比較土工膜防滲體的滲透規(guī)律，庫區(qū)蒸發(fā)水量的大小與庫區(qū)水面蒸發(fā)量和平均水面面積的大小有關，庫區(qū)各年逐月平均水面面積的計算方法是：用實測的同一來水量各斷面的水寬和斷面間距，采用梯形面積公式求出個斷面的水面面積，累加得出該水量級實測的庫區(qū)水面面積，并建立水量與水面面積的關系曲線，再根據(jù)歷年逐月平均流量插補求得歷年逐月和全年的水面面積，計算出庫區(qū)逐年平均水面面積后，即可計算水庫庫面蒸發(fā)水量。

勝利水庫是一座壩體、壩基及全庫盤土工膜防滲的丘陵水庫，這里計算出的滲透量，也即土工膜防滲體的滲透量；由于勝利水庫采用了光面土工膜和復合土工膜進行防滲，所以計算出的滲透量是2種土工膜的總滲透量，文中根據(jù)土工膜鋪設面積和出現(xiàn)破碎孔洞的百分比，將總滲透量乘以該百分比，即可分別得出光面土工膜和復合土工膜的滲透量。

在鋪設土工膜之前，庫區(qū)的滲透系數(shù)為2.17×10-5~1.16×10-2cm/s.在蓄水的年（2003年），土工膜防滲體的滲透系數(shù)在1×10-9~1×10-8cm/s之間，說明土工膜防滲體在水壓力梯度作用下具有較好的滲透性；經(jīng)過1年的運行，在2004年其滲透量和滲透系數(shù)都有所增大，這是由于土工膜防滲體在水壓力作用下產(chǎn)生了漏水的孔洞，增大了土工膜防滲體的滲透量；2004年以后，在對土工膜防滲體進行檢查及修補以后，土工膜防滲體的滲透量和滲透系數(shù)有所減小，因而相當未鋪設土工膜防滲體，庫區(qū)滲漏問題得到了明顯改善。

需要說明的是，土工膜滲透量和滲透系數(shù)是在宏觀考慮了施工中和水庫運行時產(chǎn)生是破損孔洞影響而得出的計算結(jié)果，采用的是逐年平均水深，因此，該方法只能從宏觀整體方面評價土工膜防滲體的滲透性。

3 結(jié) 語
1. 庫盤大面積土工膜防滲體的滲透特性分析，無法用傳統(tǒng)的分析土層滲透特性的方法來解決，本文從水量平衡角度對大面積土工膜防滲體的滲透特性進行了分析。

2.通過對勝利水庫庫盤土工膜防滲體滲透特性的分析，得出蓄水初期（2003年）土工膜防滲體的滲透系數(shù)是比較小的，一般量級在10-9~1~10-8cm/s，經(jīng)過一段時間的運行后，土工膜防滲體的滲透系數(shù)有所增大，而后逐漸穩(wěn)定，相比未鋪設土工膜防滲體，庫區(qū)滲透特性得到了明顯的改善。

3.完整無損土工膜的滲透系數(shù)量級在10-13~10-12cm/s，考慮了土工膜破損孔洞對其滲透性的影響后，其滲透系數(shù)量大至10-8~10-7cm/s，這是由于土工膜在施工和使用中所產(chǎn)生的破損孔洞加大了土工膜的滲透量，因此，在施工中要注意對土工膜的保護，在水庫維修期間，要對土工膜防滲體進行檢修。

土工格室、土工格柵及土工布的加筋機理比較
20世紀60年代，法國工程師H.Vidal在擋土墻設計中大膽采用鍍鋅鋼帶作為加筋材料并取得了很好的效果。隨后他發(fā)表了很多有關加筋土方面的研究論文，租金了加筋土工技術(shù)在擋土墻、路基、邊坡和地基中的廣泛應用，同時進行了相應的理論研究，為了現(xiàn)代加筋土知識的發(fā)展奠定了基礎。由于加筋土結(jié)構(gòu)優(yōu)良的工程特性和低廉的造價，迅速在全世界范圍推廣使用。隨著土工合成材料的發(fā)展，加筋材料有初的金屬片材變成由聚乙烯、聚丙烯為主要原料共聚二層的土工合成材料。不斷出現(xiàn)的生產(chǎn)制造工藝使土工合成材料的強度、抗變形和的能力不斷提高，使土工合成材料在土木、水利、交通、鐵路和環(huán)境工程中得到廣泛應用。
1 結(jié)構(gòu)對比
土工格室是20世紀80年代開發(fā)的一種新型土工合成材料，它是由高密度的聚乙烯寬帶經(jīng)超聲波焊接或錨接而成的具有蜂窩狀格室結(jié)構(gòu)，展開后呈蜂窩狀的土體網(wǎng)格。而土工格柵是高分子聚合物材料經(jīng)過定向拉伸形成的具有開孔網(wǎng)格，較高強度的平面網(wǎng)狀材料。如果令土工格室的高度為0，則土工格室在形態(tài)上就和平面形的土工布、土工網(wǎng)、土工格柵相類似。此時，土工格室便于三維結(jié)構(gòu)變成了二維平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，筋土之間的約束擠密作用變成了平面相互摩擦的效應?？梢赃@樣認為，平面的土工布、網(wǎng)、格柵可以看作是土工格室的一種特殊應用形式。因為土工格室具有一定的高度（5cm以上），聚合物片材料較厚（1cm以上），強度和模量很大，焊接強度高，和填筑于其中的填料一起組成剛度很大的板體結(jié)構(gòu)，具有一定的抗彎作用，從而分散上部結(jié)構(gòu)的橫向向應力。
2 作用原理對比
2.1 土工格柵
土工格柵的加筋作用是利用筋材的抗拉特性，通過與周圍土界面的摩擦咬合作用產(chǎn)生應力傳遞，改變土體中的應力應變場，增進土的強度和韌性，從而改善填料變形性能，提高土體穩(wěn)定性。筋材表面粗糙及嵌固性是發(fā)揮與土界面效能的主要條件。土工格柵結(jié)點厚度大于肋條厚度，能夠?qū)⒋至Ｍ粱烤o緊連在一起，形成嵌鎖結(jié)構(gòu)，粗粒土在網(wǎng)格內(nèi)固定下來所達到的機械結(jié)合力，形成由土體到筋材或相反方向的界面效應及高的應力傳輸作用。網(wǎng)格受到拉力負荷使嵌鎖土體受到壓縮裹覆作用，從而形成一個穩(wěn)定的有一定模量的承臺結(jié)構(gòu)。
2.2 土工格室
2.21 筏板基礎效應和應力擴散效應
土工格室作為一種立體的加筋材料，與格室內(nèi)填料相互作用，共同工作，形成一個具有相當大的抗彎、抗拉和抗剪強度的復合整體。在工程上，這一復合體可視為柔性的筏板基礎，能使地基破壞向深層發(fā)展，從而提高地基承載力。無格室地基在一定長度的均布荷載作用下，地基淺層軟土直接受到剪切作用，在基底形成主動區(qū)，在主動區(qū)下方兩側(cè)形成塑性過渡區(qū)，并使基礎兩側(cè)發(fā)生隆起破壞，形成被動破壞區(qū)。由于軟土的抗剪強度低，故達到這一破壞狀態(tài)的極限荷載值較低。而對于有格室地基，由于土工格室墊層具有很強的抗剪能力，改善了淺層軟土的應力狀態(tài)，故地基的剪切破壞面向深層發(fā)展，達到臨界破壞狀態(tài)所需要的極限荷載較高。由于墊層填料采用內(nèi)摩擦角較大的粗骨料且壓實程度較高，故能有效擴散上部路堤荷載，減小作用下臥軟土層面的附加應力，改善淺層軟土的應力狀態(tài)，均話應力分布，從而減少沉降和不均勻沉降，達到加固軟基的目的。
2.2.2 網(wǎng)兜效應
在上部荷載作用下，土工格室結(jié)構(gòu)體在外力作用下形成凹曲面，作用在凹曲面上部向下的作用力大于用在凹曲面下部向上的作用力，不平衡部分由墊層與土體接觸面產(chǎn)生的界面剪切摩擦力平衡，即為網(wǎng)兜效應。網(wǎng)兜效應的存在進一步減小了軟土層所受豎向荷載，增大了兩側(cè)的豎向荷載，有效的改變了應力分布，墊層下土基的應力分布更趨均勻，使一定范圍的豎向應力差減小，進而減小不均勻沉降。
2.2.3 雙面摩擦作用
土工格室在軟土地基處理方面的特殊作用，表現(xiàn)在它與填土材料形成雙面摩擦，有效地限制了因荷載而產(chǎn)生的橫向移動趨勢；其次，格室與格室直接的反作用更加抵消了部分因荷載而產(chǎn)生橫向位移的趨勢，從而使其承載能力得到提高，沉降得以減小。
2.3 土工布
土工布與地基土的摩擦力作用使土體中的拉應力傳遞到筋體上，筋體承受拉力，而筋間土承受壓力和剪應力，使加筋土中筋體和土體能很好地發(fā)揮各自的潛能，使土體得以擠密，增強了土體的整體性和連續(xù)性，限制了土體的側(cè)向變形。
3 結(jié)論
（1）與土工織物、土工格柵和土工布等其它平面型土工合成材料相比，土工格室為立體結(jié)構(gòu)，通過改變格室高度或格室板塊的組合型式，能得到剛性、半剛性等性質(zhì)完全不同的板塊。
（2）相對于土工格柵及土工布的平面結(jié)構(gòu)，土工格室由于具有一定的厚度，所以具有抗彎能力，能擴散從上部傳遞的豎向應力。
（3）土工格室可疊合，較土工格柵、土工布倉儲、運輸方便。
（4）土工格室是一種新型的土工復合材料，對其加筋結(jié)構(gòu)的作用機理有待進一步深入研究。

土工膜HDPE防水板使用方法
HDPE土工膜的鋪設
1. 鋪設HDPE土工膜前應由土建工程相應的合格驗收證明文件。
2. HDPE膜裁切之前，應該準確丈量其相關尺寸，然后按實際裁切，一般不宜按圖示尺寸裁切，應逐片編號，詳細記錄在表格上。
3. 鋪設HDPE土工膜時應力求焊縫少，在質(zhì)量的前提下，盡量節(jié)約原材料。同時也容易質(zhì)量。
4. 膜與膜之間接縫的搭接寬度一般不小于10cm，通常就使焊縫排列方向平行于大坡度，即沿坡度方向排列。
5. 通常在拐角及畸形地段，應是接縫長度盡量減短。除特殊要求外，在坡度大于1：6的斜坡上距頂坡或應力集中區(qū)域1.5米范圍內(nèi)，盡量不設焊縫。
6. HDPE土工膜在鋪設中，應避免產(chǎn)生人為褶皺，溫度較低時，應盡量拉緊，鋪平。
7. HDPE土工膜鋪設完成后，應盡量減少在膜面上行走、搬動工具等，凡能對HDPE膜造成危害的物件，均不應放在膜上或攜帶在膜上行走，以免對膜造成意外損傷。
土工膜的焊接
1.熱鍥焊機焊接工序分為：調(diào)節(jié)壓力 設定溫度 設定速度 焊縫搭接檢查 裝膜入機 啟動馬達 加壓焊接。
2.接縫處不得有油污、灰塵，HDPE土工膜的搭接段面不應夾有泥沙等雜物，當有雜物時在焊接前清理干凈。
3.每天焊接開始時，在現(xiàn)場先試焊一條0.9mm×0.3mm的試樣,搭接寬度不小于10cm,并用拉力機現(xiàn)場進行剝離和剪切試驗,試樣合格后,便可用當時調(diào)整好的速度、壓力、溫度進行正是焊接。熱鍥焊機在焊接過程中，需隨時注意焊機的運行情況，要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況對速度和溫度進行微調(diào)。
4.焊縫要求整齊、美觀、不得有滑焊、跳走現(xiàn)象。
5.在遇上土工膜長度不夠時，需要長向拼接，應先把橫向焊縫焊好，再焊縱縫，橫向焊縫相距大于50cm應成T字型，不得十字交叉。
6.相鄰土工膜焊縫應盡量錯縫搭接，膜塊間形成的結(jié)點，應為T字型，盡量減少十字型，縱模向焊縫交點處應用擠壓焊機加強。
7.焊膜時不許壓出死折，鋪設HDPE土工膜時，根據(jù)當?shù)貧鉁刈兓群虷DPE土工膜性能要求，預留出溫度變化引起的伸縮變形量。
8.當手提焊機的溫度控制所指示的焊機溫度低于200℃時，要用干凈的布或棉紗撣掉再焊，必要時應重新打磨，切忌用手擦試。
9.當接縫處有結(jié)露、潮濕、泥沙等影響時，處理后再進行焊接。
10.在下雨期間或接縫有潮氣、露水、或者大沙的情況下不能進行焊接，但采取防護措施是除外。
11.溫度低于5℃時，按照規(guī)范要求不應施工，如果施工的話，焊接前應對焊機進行預熱處理。
12.擠壓焊接機在焊接過程中，應該經(jīng)常檢查槍頭的滑塊，磨損較嚴重時應及時更換滑塊，以免損傷膜面。
13.土工膜在焊接時應該采用穩(wěn)壓性能好的發(fā)電機供電，在特殊情況下采用當?shù)赜秒姇r，使用穩(wěn)壓器。